DE2938642A1 - DISPLAY DEVICES WITH CATHODE LUMINESCENCE - Google Patents
DISPLAY DEVICES WITH CATHODE LUMINESCENCEInfo
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Description
Dipl.-Ing.Dipl.-Ing.
Rolf CharrierRolf Charrier
PatentanwaltPatent attorney
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D-8900 Augsburg 31Rehlingenstrasse 8 P.O. Box 260
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8000/98/K/Gr Augsburg, 24. September 19798000/98 / K / Gr Augsburg, September 24, 1979
Smiths Industries Limited Cricklewood Works
GB-London NW2 6JNSmiths Industries Limited Cricklewood Works
GB-London NW2 6JN
Anzeigevorrichtungen mit KathodenlumineszenzCathode-luminescent display devices
Die Erfindung betrifft Anzeigevorrichtungen mit Kathodenlumineszenz. Insbesondere betrifft die Erfindung Anzeigevorrichtungen mit Kathodenlumineszenz, bei denen der kathodenlumineszierende Phosphor- oder Leuchtstoff durch Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit erregt wird, um Licht auszusenden; die Erfindung ist insbesondere anwendbar für Anzeigevorrichtungen wie Niederspannungs-, Vakuum- Fluoreszenzanzeigevorrichtungen und Niederspannungs-Gasentladungs-Anzeigevorrichtungen. The invention relates to cathode luminescence display devices. In particular, the invention relates to cathodoluminescent display devices in which the cathodoluminescent Phosphorus or fluorescent material is excited by electrons at low speed to emit light; The invention is particularly applicable to display devices such as low voltage, vacuum fluorescent display devices and low voltage gas discharge display devices.
Der Ausdruck"Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit" soll bedeuten, daß es sich um Elektronen handelt, deren Beschleunigungspotential in der Größenordnung von 10 bis 100 Volt liegt. The term "low speed electrons" is intended to mean that it is electrons whose acceleration potential is in the order of 10 to 100 volts.
Bisher war es üblich, beispielsweise für Niederspannungs-, Vakuum-Fluoreszenzanzeigevorrichtungen kathodenlumineszierenden Leuchtstoff zu verwenden, der Zinkoxid beinhaltet oder daraus besteht, wobei eine Aktivierung mit Zink erfolgte aufgrund seiner zwangsläufigen Leitfähigkeit und der Eigenschaft der Zinkoxidleuchtstoffe Licht bei Erregung durch Elektronen zu emittieren, welche zwischen einer Potentialdifferenz in der Größenordnung von 10 VoltHeretofore it has been common, for example, for low voltage, vacuum fluorescent display devices to use cathode-luminescent phosphor which contains or consists of zinc oxide, activation with zinc took place due to its inevitable Conductivity and the property of zinc oxide phosphors to emit light when excited by electrons, which between a potential difference of the order of 10 volts
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beschleunigt wurden.were accelerated.
Die Farbe des von derartigen Niederspannungs- Vakuum- Fluoreszenzanzeigevorrichtungen ausgesandten Lichts war beschränkt auf ein gründliches Weiß und zwar aufgrund der Verwendung von Zinkoxid-Leuchtstoffen. In den letzten Jahren sind Versuche gemacht worden, andere Leuchtstoffe in derartige Niederspannungs-Anzeigevorrichtungen zu verwenden und zwar beispielsweise dadurch, daß Zinkoxid mit anderen Leuchtstoffen gemischt wurde, Zinksulfid dotiert wurde, um den Großteil des Stoffes mehr leitend zu machen, oder durch Verwendung von zwangsläufig mehr leitendem Leuchtstoff, beispielsweise mit Europium dotiertem Zinnoxid; hierdurch sollte eine breitere Farbskala erzeugt werden.The color of such low voltage vacuum fluorescent display devices The light emitted was limited to a solid white due to the use of zinc oxide phosphors. In recent years attempts have been made to incorporate other phosphors into such low voltage display devices to use, for example by mixing zinc oxide with other phosphors, zinc sulfide was doped to make the majority of the material more conductive, or by using more conductive phosphor, for example tin oxide doped with europium; this should produce a wider range of colors.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zusätzliche kathodenlumineszierende Leuchtstoffzusammensetzungen aufzuzeigen, welche zur Verwendung in Niederspannungs-, Vakuum- Fluoreszenzanzeigevorrichtungen (und damit mit Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit arbeitenden Vorrichtungen) und Gasentladungs-Anzeigevorrichtungen geeignet sind.The object of the present invention is to provide additional cathode luminescent To indicate phosphor compositions which are suitable for use in low voltage, vacuum fluorescent display devices (and hence devices operating with low velocity electrons) and gas discharge display devices are suitable.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, kathodenlumineszierende Anzeigevorrichtungen zu schaffen, welche Licht in verschiedensten Farben aussenden kann.Another object of the present invention is to provide cathode luminescent To create display devices which can emit light in a wide variety of colors.
Gemäß dieser Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung mit Kathodenlumineszenz vorge'.ehen, welche Mittel zur Erzeugung von Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit und eine kathoden!umineszierende Schicht besitzt, die bei ihrer Erregung mit den Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit Licht aussendet; die Erfindung ist dadurch g ekennzeichnet, daß die kathodenlumineszierende Schicht Leuchtstoffteileiten beinhaltet, welche zur Erhöhung ihrer Oberflächenleitfähigki-'it behandelt wurden. Diese Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit der Leuchtstoffteilchen kann beispielsweise durch chemi',che Behandlung oder durch Dampf ablagerung oderIn accordance with this invention is a cathodoluminescent display device vorge'.ehen which means for generating electrons with low speed and a cathode! Has a layer that emits light at low speed when excited with the electrons; the invention is characterized in that the cathode luminescent layer Includes fluorescent parts, which are used to increase their surface conductivity were treated. This increase in the surface conductivity of the phosphor particles can, for example by chemical treatment or by vapor deposition or
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Zersteubung von leitendem oder Halbleitermaterial auf die Oberfläche der Teilchen erfolgen.Dispersion of conductive or semiconductor material onto the surface of the particles.
Es hat sich gezeigt, daß durch eine derartige Behandlung der Leuchtstoffteilchen die verschiedenen Leuchtstoffteilchen, welche vorher als ungeeignet für die Verwendung in Niederspannungs-Vakuum-Fluoreszenzanzeigevorrichtungen und ähnlichem angesehen wurden, zufriedenstellend arbeiten.It has been found that by treating the phosphor particles in this way, the various phosphor particles, which previously deemed unsuitable for use in low voltage vacuum fluorescent display devices and the like have been viewed to work satisfactorily.
Kathodenlumineszenz-Anzeigevorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung und die spezielle Form von Niederspannungs-Vakuum-Fluoreszenzanzeigevorrichtungen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, welche schematisch einen Schnitt durch eine typische Niederspannungs-Vakuum-Fluoreszenzanzeige zeigt, die eine kathodenlumineszierende Leuchtstoff- oder Phosphorzusammensetzung verwendet, die mit Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit erregt wird.Cathodeluminescent display devices according to the present invention and the particular form of low voltage vacuum fluorescent display devices will now be described with reference to the drawing which schematically shows a section by a typical low voltage vacuum fluorescent display showing a cathode luminescent phosphor or phosphor composition used, which is excited with electrons at low speed.
Die Zeichnung zeigt eine typische Vakuum-Fluoreszenzanzeigevorrichtung 10, welche in diesem speziellen Fall eine Dioden-Vorrichtung ist, und eine Aluminium-Anodenschicht 11 aufweist, die von einem Träger 12 aus beispielsweise Keramik getragen wird. Die Anodenschicht 11 ist mit einer Schicht 14 aus fluoreszierendem Leuchtstoff beschichtet. Eine Kathode 15 ist in Abstand derart von der fluoreszierenden Leuchtstoffschicht 14 angeordnet, daß, wenn eine Niederspannung zwischen der Kathode 15 und der Anodenschicht 11 angelegt wird, Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit von der Kathode 15 ausgesandt werden und auf den fluoreszierenden Leuchtstoff der Schicht 14 fallen, so daß die Schicht 14 Licht aussendet. Der Träger 12 der Schichten 11 und 14 und die Kathode 15 sind alle in einem abgedichteten oder verschmolzenen Glasgefäß oder-Kolben 16 untergebracht, welches evakuiert ist.The drawing shows a typical vacuum fluorescent display device 10, which in this particular case is a diode device and has an aluminum anode layer 11, which is carried by a carrier 12 made of, for example, ceramic. The anode layer 11 is covered with a layer 14 of fluorescent Luminous coated. A cathode 15 is arranged at a distance from the fluorescent phosphor layer 14 in such a way that that when a low voltage is applied between the cathode 15 and the anode layer 11, electrons at low speed are emitted from the cathode 15 and fall on the fluorescent phosphor of the layer 14, so that the Layer 14 emits light. The carrier 12 of the layers 11 and 14 and the cathode 15 are all sealed or fused into one Glass vessel or flask 16 housed, which is evacuated.
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fluoreszierenden Leuchtstoffzusammensetzung versehen, welche Leuchtstoffteilchen beinhaltet, die behandelt worden sind, um die elektrische Leitfähigkeit ihrer entsprechenden Oberflächen zu erhöhen. Diese Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit der Leuchtstoffteilchen kann durch chemische Behandlung oder durch Auf dampfen von Metallen beispielsweise Kupfer oder anderen leitfähigen Stoffen erfolgen.fluorescent phosphor composition provided which Contains fluorescent particles that have been treated to remove the to increase electrical conductivity of their respective surfaces. This increase in the surface conductivity of the phosphor particles can by chemical treatment or by vapor deposition of metals such as copper or other conductive Substances.
Bei einem Beispiel der Herstellung einer fluoreszierenden Leuchtstoffzusammensetzung werden Zinksulfidteilchen, die in bekannter Weise mit 0,05 Gew,-% Kupfer und 0,4 Gew.-% Mangan aktiviert sind, einer wässrigen Lösung von Kupferionen ausgesetzt. Das Ergebnis war, daß das Aussehen des Leuchtstoffes sich dunkelgrün färbte und die Oberflächen der Leuchtstoffteilchen elektrisch leitende Kupferionen an sich haften hatten. Es wird angenommen, daß ein chemischer Austausch von Zinkionen gegen Kupferionen an den Oberflächen der Leuchtstoffteilchen auftritt. Als Beispiel für typische auftretende relative Dimensionen kann ein Leuchtstoffteilchen einen durchschnittlichen Durchmesser in der Größenordnung von 1 fjm haben und die elektrisch leitende Beschichtung, welche in diesem speziellen Fall aus Kupferionen besteht und annähernd einheitlich ist, kann etwa 3 Angström dick sein.In an example of preparing a fluorescent phosphor composition zinc sulfide particles are activated in a known manner with 0.05 wt .-% copper and 0.4 wt .-% manganese are exposed to an aqueous solution of copper ions. The result was that the appearance of the phosphor turned dark green colored and the surfaces of the phosphor particles electrically conductive copper ions had adhered to them. It is assumed that a chemical exchange of zinc ions for copper ions occurs occurs on the surfaces of the phosphor particles. As an an example for typical relative dimensions that occur, a phosphor particle have an average diameter of the order of 1 fjm and the electrically conductive coating, which in this special case consists of copper ions and is approximately uniform, can be about 3 angstroms thick.
Wird eine in dieser Weise hergestellte fluoreszierende Leuchtstoffzusammensetzung auf eine Anodenschicht einer Vakuum-Fluoreszenzanzeigevorrichtung aufgebracht, dann ergab sich, daß diese auf eine Schwellspannung von 10,3 Volt ansprach, d.h. auf praktisch die gleiche Spannung wie bei üblichem Zinkoxidleuchtstoff. Becomes a fluorescent phosphor composition prepared in this way applied to an anode layer of a vacuum fluorescent display device, then it was found to be responded to a threshold voltage of 10.3 volts, i.e. practical the same voltage as common zinc oxide phosphor.
Verschiedene andere Verfahren zur Bereitung von fluoreszierenden Leuchtstoffzusammensetzungen für Anzeigevorrichtungen werden gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen. Diese Verfahren resultieren grundsätzlich in der Bildung einer dünnen elektrisch leitenden Schicht auf den Oberflächen der Leuchtstoffteilchen,Various other methods of preparing fluorescent Phosphor compositions for display devices are proposed according to the present invention. These procedures basically result in the formation of a thin electrically conductive layer on the surfaces of the fluorescent particles,
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welche bewirkt, daß Oberflächenladung, die von dem Elektronenaufschlag während des Betriebs der die fluoreszierende Zusammensetzung verwendeten Anzeigevorrichtung entsteht, zur darunterliegenden Elektrode abgeleitet wird.which causes surface charge generated by the electron impact arises during the operation of the display device using the fluorescent composition, to the underlying device Electrode is derived.
Andere Verfahren zur Bereitung fluoreszierender Leuchtstoffzusammensetzungen für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung beinhalten die Beschichtung der Oberflächen mit SuIfid-Selenid-Tellurid und Oxisulfid-Leuchtstoffteilchen mit Kupfer von einer dampfförmigen Kupferverbindung oder von wässrigen oder nicht wässrigen Kupferlösungen bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen. Der Leuchtstoff kann zuvor zum Großteil mit Kupfer oder anderen aktivierenden oder koaktivierenden Ionen dotiert sein oder auch nicht .Other methods of preparing fluorescent phosphor compositions for use in the present invention include coating the surfaces with suIfide-selenide-telluride and oxysulfide phosphor particles with copper from one vaporous copper compound or of aqueous or non-aqueous copper solutions at room temperature or elevated temperatures. The phosphor can previously be largely doped with copper or other activating or co-activating ions, or else not .
Beispiele geeigneter Leuchtstoffe umfassen Zn Cd, S: Mn; CdTe; ZnTe; ZnS:Cu,Mn; ZnS:Mn; ZnS:Cu; CdS: Cu; ZnS: Ag; ZnS; Cu, Cl; ZnS: Pb, Li; SrS:Mn;CeS: Mn; CaS: Er, Cl; CdS: Mn; ZnSe: Mn; CaS: Bi, K; CaS: Ce, Cl; SrS: Ce; Ba3ZnS3: Mn; ZnS:Eu oder deren Mischungen.Examples of suitable phosphors include Zn Cd, S: Mn; CdTe; ZnTe; ZnS: Cu, Mn; ZnS: Mn; ZnS: Cu; CdS: Cu; ZnS: Ag; ZnS; Cu, Cl; ZnS: Pb, Li; SrS: Mn; CeS: Mn; CaS: Er, Cl; CdS: Mn; ZnSe: Mn; CaS: Bi, K; CaS: Ce, Cl; SrS: Ce; Ba 3 ZnS 3 : Mn; ZnS: Eu or their mixtures.
Es können auch andere Seltene Erden Aktivatoren verwendet werden wie Tb, Ho, Nd und Tm.Other rare earth activators such as Tb, Ho, Nd and Tm can also be used.
Eine weiteres Verfahren zur Herstellung von fluoreszierenden Leuchtstoffzusammensetzungen beinhaltet die Ablagerung einer dünnen Schicht aus Zinnoxid oder Indiumoxid auf der Oberfläche der Leuchtstoffteilchen, welche Oxide geeignet mit Antimon bzw. Zinn dotiert oder anderweitig zur Erzielung einer Leitfähigkeit behandelt wurden. Auch gedobte Zinn II oder Zinn IV Salze ( Stani- bzw. Stanosalze) können verwendet werden, welche in Luft bzw. feuchter Atmosphäre erhitzt wurden. Andererseits ist auch eine chemische Dampfablagerung oder eine Zerstäubung oder Verdampfung in einem Vakuumsystem anwendbar.Another method of making fluorescent Phosphor compositions involve the deposition of a thin layer of tin oxide or indium oxide on the surface the fluorescent particles, which oxides are suitable with antimony or Tin doped or otherwise treated to achieve conductivity. Also doped tin II or tin IV salts (Stani or stano salts) can be used which have been heated in air or a humid atmosphere. On the other hand is also chemical vapor deposition or atomization or evaporation in a vacuum system.
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Andere Verfahren zur Herstellung von fluoreszierenden Leuchtstoffen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfassen die Ablagerung einer dünnen Schicht aus Metall etwa Kupfer, Gold, Silber oder Zink durch Zerstäubung,Vakuumverdampfung oder chemische Dampfablagerung auf den Oberflächen der Leuchtstoffteilchen. Als Metallquelle eignet sich das Element als solches oder eine geeignete organisch-metallische Verbindung desselben.Other methods of making fluorescent phosphors for use in the present invention include the deposition of a thin layer of metal such as copper, gold, Silver or zinc by atomization, vacuum evaporation or chemical Vapor deposition on the surfaces of the phosphor particles. The element as such is suitable as a metal source or a suitable organometallic compound thereof.
Bei einem weiteren alternativen Verfahren zum Herstellen von fluoreszierenden Leuchtstoffzusammensetzungen werden die Oberflächen von Leuchtstoffteilchen mit einem dünnen Halbleiterfilm beschichtet, der beispielsweise Selen, Kadmiumsulfid, Zinkoxid, Kadmiumselenid oder Kupfersulfid beinhaltet. Die Leitfähigkeitseigenschaften dieser Stoffe können als Folge ihrer fotoleitenden Eigenschaften verbessert sein. Der dünne Film kann in Vakuum durch Zerstäubung oder Aufdampfen abgelagert werden, durch chemische Dampfablagerung oder durch Wärmebehandlung von mit Kupfer oder Kadmium beschichteten SuIfidleuchtstoffteilchen in einer geeigneten schwefel igen Atmosphäre.In another alternative method of making fluorescent phosphor compositions, the surfaces are of phosphor particles with a thin semiconductor film coated, which contains, for example, selenium, cadmium sulfide, zinc oxide, cadmium selenide or copper sulfide. The conductivity properties of these substances can be as a result of their photoconductive properties Properties be improved. The thin film can be deposited in vacuum by sputtering or vapor deposition, by chemical Vapor deposition or by heat treatment of with copper or cadmium coated sulfide phosphor particles in one suitable sulphurous atmosphere.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von fluoreszierendem Leuchtstoff zur Verwendung bei Anzeigevorrichtungen gemäß der Erfindung beinhaltet die Ablagerung von organischen und anderen Stoffen aus Lösung, welche Stoffe die Oberfläche der Leuchtstoffteilchen infolge einer Ladungsübertragungs-Adsorption besser leitend machen können.Another method of making fluorescent Phosphor for use in display devices according to the invention involves the deposition of organic and other Substances from solution, which substances improve the surface of the phosphor particles as a result of charge transfer adsorption to be able to make a leader.
Die sich bei einer derartigen Ablagerung ergebenden Beschichtungen auf den Oberflächen der Leuchtstoffteilchen sind praktisch gleichmäßig und vorzugsweise genügend dünn, so daß sie den Durchlaß aufschlagender Elektronen nicht behindern; auch wird der Anteil des absorbierten Lichts möglichst klein gehalten, welches von den Leuchtstoffteilchen während des Betriebs der die fluoreszierenden Leuchtstoffzusammensetzungen verwendenden Anzeigevorrichtung aussendet. Die zuvor im Zusammenhang mit dem speziellen Bei-The coatings resulting from such a deposition on the surfaces of the phosphor particles are practically uniform and preferably sufficiently thin that they do not hinder the passage of impacting electrons; also the proportion of absorbed light kept as small as possible, which of the fluorescent particles during the operation of the fluorescent Sends out display device using phosphor compositions. The previously mentioned in connection with the special
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spiel von Leuchtstoffteilchen erwähnt, welche mit Kupfer und Mangan aktiviertes und mit Kupferionen beschichtetes Zinksulfid betraf, kann der mittlere Leuchtstoffteilchendurchmesser in der Größenordnung von 1 μιη und die Schichtdicke ca. 3 Angström betragen. Bei dem gleichen Leuchtstoff dotiert mit Zinnoxid kann die Schichtdicke vorzugsweise in der Größenordnung von 100 bis 500 Angström liegen, um die gewünschten Leitfähigkeitseigenschaften zu erhalten.play of fluorescent particles mentioned, which with copper and Manganese activated zinc sulfide coated with copper ions was concerned, the mean phosphor particle diameter in the The order of magnitude of 1 μm and the layer thickness are approximately 3 Angstroms. In the case of the same phosphor doped with tin oxide, the layer thickness can preferably be in the order of 100 to 500 angstroms lie to the desired conductivity properties to obtain.
Durch Verwendung eines Stoffes, der Licht in einen vorbestimmten Teil des Spektrums absorbieren kann, für die Beschichtung der Oberfläche der Leuchtstoffteilchen kann eine Reduzierung der Streuung des Umgebungslichts erzielt werden und somit eine Verbesserung des Anzeigekontrasts der Anzeigevorrichtung, bei der die fluoreszierende LeuchtstoffZusammensetzung verwendet wird.By using a substance that can absorb light in a predetermined part of the spectrum for the coating of the Surface of the phosphor particles can reduce the Scattering of the ambient light can be achieved and thus an improvement in the display contrast of the display device in which the fluorescent phosphor composition is used.
Die auf der Oberfläche der Leuchtstoffteilchen abgelagerten Beschichtungen müssen nicht homogen sein, sondern sie können auch aus einem vernetzten Muster von leitenden Spuren bestehen, welche zusammen ausreichen, um die gesamte Oberfläche leitend zu machen.The coatings deposited on the surface of the phosphor particles do not have to be homogeneous, but they can also consist of a networked pattern of conductive traces, which together are sufficient to make the entire surface conductive.
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SMITHS INDUSTRIES PUBLIC LTD. CO., LONDON, GB |
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| 8141 | Disposal/no request for examination |